Soľ zhlukuje proteíny, viac soli ich privádza do roztoku
Vedci z Tübingenu objavujú základné vlastnosti proteínov
Skupina bielkovín plní početné životne dôležité úlohy v biologických systémoch a živých bytostiach. Proteíny nie sú iba stavebnými materiálmi buniek, ale tiež napríklad signálnymi látkami a chemickými bunkovými nástrojmi. Aby vedci porozumeli procesom v bunkových tkanivách a iných biologických systémoch do hĺbky, musia vedci pochopiť interakcie proteínov s inými látkami, ako aj s vodou.
Vedci z univerzity v Tübingene pod vedením prof. Franka Schreibera z Inštitútu pre aplikovanú fyziku v spolupráci s kolegami zo Saarbrückenu a Oxfordu po prvý raz preukázali, že proteíny možno agregovať, „zhlukovať“ a opäť rozpúšťať pridaním určité soli je možné priniesť. Toto zásadné zistenie prispieva k lepšiemu pochopeniu vlastností bielkovín.
Výsledky výskumu nemecko-britskej spolupráce boli vopred zverejnené online v decembri 2008 v časopise Physical Review Letters (101, 148101, 2008). Prof. Frank Schreiber, Dr. Fajun Zhang a Stefan Zorn z Inštitútu aplikovanej fyziky a prof. Oliver Kohlbacher z Centra pre bioinformatiku.
Niektorí ukázali, prečo je agregácia bielkovín taká dôležitá
Príklady: Hrá kľúčovú úlohu pri Alzheimerovej chorobe a priónových chorobách, ako je choroba šialených kráv (BSE) a Creutzfeldt-Jakobova choroba. V úplne inej oblasti je pre objasnenie ich štruktúry kľúčová kryštalizácia, riadená agregácia bielkovín, ktorá je zároveň predpokladom pre vývoj nových liečiv. Interakcia s okolitou vodou a v nej obsiahnutými iónmi solí, kladne alebo záporne nabitými časticami, hrá ústrednú úlohu v štruktúre a funkcii proteínov. Dobre známy efekt je, že zvýšenie koncentrácie soli v roztoku vedie k odtieneniu nábojov na proteínoch. To znižuje ich elektrostatické odpudzovanie medzi sebou - čo môže v konečnom dôsledku viesť k agregácii a zrážaniu z roztoku.
Vedcom z Tübingenu, Saarbrückenu a Oxfordu sa teraz podarilo dokázať, že za určitých podmienok ďalšie pridávanie určitých solí s vysoko nabitými iónmi (napríklad soli ytria a lantánu) zvráti túto agregáciu: proteíny sa vrátia späť do roztoku. Tento efekt sa vysvetľuje obrátením náboja z pôvodne dominantného záporného znamienka (proteíny v roztoku) k takmer neutrálnemu (agregácia) až (kvôli silným multivalentným iónom) dominantnému kladnému znamienku (opätovné rozpustenie). Tento efekt bol známy už pri jednoduchých koloidoch, veľmi jemne rozptýlených látkach v kvapaline, aké sa používajú v emulzných farbách. Teraz sa však tento efekt prvýkrát ukázal pri proteínoch s oveľa komplikovanejšou štruktúrou.
Experimenty pre tento prvý objav sa uskutočnili pomocou optickej spektroskopie a rozptylu röntgenového žiarenia v malom uhle pod vedením fyzikov Dr. Fajun Zhang a prof. Frank Schreiber. Spolupracovali s teoretikmi pracovných skupín Dr. Andreas Hildebrandt z Centra pre bioinformatiku Saar a Prof. Oliver Kohlbacher z Centra pre bioinformatiku Tübingen, ktorí boli schopní realisticky simulovať stav nabitia proteínov v roztoku na počítači pomocou nového prístupu. Výskumná skupina teraz zostavila kompletný fázový diagram, ktorý ukazuje, koľko soli je potrebné pre použité proteíny v akej koncentrácii, aby sa dosiahol špeciálny efekt opätovného rozpustenia. To otvára nové perspektívy pre základné pochopenie proteínov a tiež pre množstvo aplikácií v oblasti riešenia proteínových systémov, napríklad pri výrobe proteínových kryštálov na objasnenie štruktúry.
Publikácia:
Zhang F, Skoda MWA, Jacobs RMJ, Zorn S, Martin RA, Martin CM, Clark GF, Weggler S, Hildebrandt A, Kohlbacher O, Schreiber F. Reentrantná kondenzácia proteínov v roztoku indukovaná multivalentnými protiiónmi. Physical Review Letters, 2008, 101, 148101
Zdroj: Tübingen [ EKU ]
